浅析水下混凝土浇筑工法原理及质量控制

马 林（晨越建设项目管理集团股份有限公司， 四川 成都 610042）

水下混凝土浇筑工法，具有工艺成熟、操作简单、场地适应性强等特点，在保证工程质量与安全的同时能兼顾工期与时效，因而被广泛应用于现阶段各类工业与民用建筑工程的基础施工中。尤其对于地下水丰富或无法实施干作业浇筑的水下混凝土基础工程，无疑是一种最成熟且经济有效的施工方法。

从事工程施工技术与管理的各级工程技术人员大多不会对水下混凝土浇筑工法的使用存有疑虑，但部分业内外人士在工程管理实践中对水下混凝土浇筑工法的基本原理不甚了解，存在“只知其然而不知其所以然”的尴尬状况。另外，在各级学校开设的土木工程类专业中，相关教科书在涉及“地基与基础”章节时虽对水下混凝土浇筑工法作了介绍，也从施工的操作工艺和注意事项上阐明了工法的合理性，却很少从深层次上加以剖析、释疑。为此，笔者以工程中常用的桩基水下混凝土浇筑为例，试从泥浆或浑水与混凝土的相互作用关系阐述水下混凝土浇筑的工法原理，对水下混凝土浇筑的常见问题展开讨论，并提出事前预控措施，供相关人士参考。

1 水下混凝土浇筑的工法原理

1.1 材料的密度差

从材料属性上看，水下混凝土浇筑工法主要是巧妙运用泥浆或浑水与混凝土各自材料的固有特性，使由质量带来的不利影响因素降到最小，从而在施工操作中规避泥浆或浑水对混凝土水下浇筑的影响。清水或浑水的密度在 1.0 t/m3～1.1 t/m3之间，泥浆的密度在 1.4 t/m3～1.8 t/m3之间，普通混凝土密度约为 2.5 t/m3。在通常情况下，桩基在机械成孔时会充分利用泥浆固有的黏稠性在桩孔内壁形成泥膜，同时平衡孔内外水压力，以达到防止桩壁塌孔、实现护壁的目的。混凝土在水下灌注时，通过钢导筒引流，在重力作用下注入桩孔内。由于其密度远大于泥浆或浑水，混凝土必将位于泥浆或浑水下方，并占据泥浆或浑水体积，在连续灌注下，泥浆或浑水最后被排挤出桩孔外，完成混凝土的浇筑。

1.2 混凝土的固有特性

混凝土属于胶凝材料，水泥浆会在表层与内层之间形成胶浆膜，客观上能阻止泥浆或浑水浸渗穿越胶膜层（除非在浇筑时发生剧烈扰动），起到类似防水层的作用，从而杜绝两者的渗透融合。一般工程所用的混凝土由水泥、水、砂子、碎（卵）石、外加剂、掺和料等组成，其基本结构的形成机理：粗骨料形成的空隙由细骨料填充，细骨料形成的间隙由水泥浆填充。因水下浇筑所用的混凝土，和易性好、流动性大（坍落度在 180 mm～220 mm 之间）, 随着灌入量的增加，混凝土将在自身重力和施工中导管来回抽动的作用下，实现自塌密实（避免打振动棒）。

随着混凝土浇筑量的增多，下层埋深逐渐增大，其自塌密实性对水的阻隔效果将越来越好；再由于水泥胶膜的阻水作用，混凝土顶面的游离水或泥浆对混凝土内部的渗入影响极为有限。值得注意的是，在混凝土灌注时因机械操作而不可避免地发生扰动或振动，在浇筑过程中也可能因机械操作而使部分孔壁剥落，造成泥浆或浑水渗入桩内顶面混凝土中。为保证桩身混凝土质量完好，施工中均采用超灌混凝土的办法，桩身的混凝土最终完成面将比设计桩长顶面多预浇筑 500 mm～1 000 mm，最后剩余段用人工或机械剔除，俗称“破桩头”。

2 水下混凝土浇筑工法简介

2.1 水下混凝土浇筑工法的工艺流程和方法

（1）主要工艺流程。作业准备（人、机、料调度）→导管水密性检查安装→二次清孔→钢筋笼安装固定→装放混凝土至大料斗内→首灌混凝土浇注→根据浇筑状况控制导管的插拔→浇筑完成。

（2）主要浇筑方法。二次清孔结束后，应立即进行混凝土的浇筑，如图 1 所示。首先计算好初灌混凝土量，并装入大料斗中准备就绪；然后上提拉绳拔出堵头，使混凝土从大料斗中瞬时下泄，产生一定的冲击能量，冲开导管底部的单向阀门，挤出导管下的沉渣，并保证导管下口埋入混凝土中深度不少于 1 m。整个浇筑过程须连续进行，随浇随拔管；导管在混凝土中的埋深宜控制在 1.5 m～4 m，利用导管内外混凝土的压力差，使浇筑面逐渐上升，直至高于设计标高 0.5 m～1 m 后拔管，完成浇筑。

图 1 水下混凝土浇筑示意图

2.2 施工准备重点检查内容

（1）检查作业人员组织、备料和商品混凝土调度情况。

（2）“四孔”复查： 孔形、孔径、孔深和孔位。

（3）“三度”检查：泥浆相对密度、桩孔倾斜度和孔底沉渣厚度。

（4）“二高程”复查：孔口护筒高程和钢筋笼安装高程（平面位置）。

2.3 施工操作控制要点

2.3.1 钢导管的配置

导管内径一般为 20 cm～35 cm，每节 2 m～3 m，应配 1 m～1.5 m 的短管 1～2 节。导管下端至孔底距离宜为约 30 cm。首次灌注时导管埋入混凝土中的深度不应小于1 m。必须连续灌注，并把握好提升速度。使用前需检查导管是否漏气、漏水或变形，接头连接要牢固可靠，要定期进行水密性试验。

2.3.2 水下混凝土的拌制与运输

导入管内的混凝土坍落度宜为 18 cm～22 cm。桩径小、桩身短的应取低值；反之，则取高值。首批灌注的混凝土初凝时间，不得早于灌注桩全部灌注完成时间。灌注需要持续较长时间的，应添加缓凝剂以延长初凝时间。应尽量缩短运输时间和距离。灌注前混凝土的坍落度损失不应超过 2 cm。

2.3.3 首批封底混凝土量的控制

计算和控制首批封底混凝土数量，确保下落时有一定的冲击能量，能把泥浆或浑水从导管中向周边排出，而保证导管下口埋入混凝土内深度不小于 1 m 是关键。足够的冲击能量能尽量将孔底沉渣冲排开。此项工作是控制桩底沉渣厚度、减少后期桩基（建构筑物）沉降过大的重要环节（沉渣厚度：端承桩 ≤100 mm，摩擦桩 ≤300 mm）。

2.3.4 混凝土的浇筑

桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注的方式。灌注开始后应紧凑连续进行，严禁中途停工待料。如间歇时间过长，易造成导管拔不出的情况，会发生质量不可逆的断桩或夹渣事故。

2.3.5 灌注过程的观测

要重视观察桩内混凝土的上升、孔内泥浆或浑水上升或排出的情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除。导管埋入混凝土内深度应控制在 2 m～ 6 m 之间，同时应经常探测孔内混凝土面离浇筑面的高度。当用测绳锤进行探测时，为防止误测和即时调整导管埋深，最好是 2 人用 2 个测锤探测。若探测不准，则深浅难料。埋深过浅，会发生导管提漏；埋管过深，会造成拔管不出。探测的目的就是要严格控制好混凝土面高度、埋管深度和桩顶高度。

在任何情况下，导管埋入混凝土中不得小于 1 m 或大于 6 m。若小于 1 m，提拆导管时极易发生拔漏事故（即管口拔出混凝土面），继而引起夹渣或断桩质量事故；若大于6 m，则埋管难以拔出。由于管检停留影响混凝土的持续灌注，造成处理拔管停歇时间过长，也会引起断桩质量事故。

2.3.6 拔管的正确方法

在浇筑过程中，随着混凝土灌入量的不断增加，必须根据浇筑上升程度间断性地拔出拆除钢导管。特别是在提管的过程中，要注意掌握提管的长度，通常采用边提边上下抽插的操作方法，可使下部深层混凝土受到扰（振）动，利用其自身重力再进一步塌落密实。

实践经验证明，由于水下浇筑所用的混凝土，因坍落度大、和易性好，导管在拔除前，在混凝土中作小幅度来回提升穿插运动，相当于使用了“振动棒”对混凝土施加振捣作用，从而使混凝土的密实质量更能得到保证。

2.3.7 提高作业人员素质

水下混凝土灌筑是一项非常重要的工作，操作技工必须经过专业技能培训，深刻明晰水下混凝土灌筑原理，熟练掌握水下混凝土灌筑技术，并且具有高度责任心；否则，极易发生不可逆的质量事故，造成重大经济损失。

3 水下混凝土浇筑常见问题与事前预控措施

（1）首次灌注混凝土的数量应满足导管首次埋深和充填导管底部的要求。首批混凝土灌注后应保持连续灌注。

（2）加强运至灌注点混凝土的坍落度、和易性检查。若不符合要求，不得使用，应进行二次搅拌供料。

（3）在灌注过程中，应注意保持孔内水头。导管的埋置深度应确保在 2 m～6 m 之间。当管内混凝土不满时，应迅速灌满，以防导管内形成高压气囊。

（4）在灌注过程中，应经常探测孔内混凝土面的位置，及时调整导管埋深。导管拆除要迅速，一般不宜超过15 min。

（5）为防止钢筋笼上浮，当灌注混凝土顶面距钢筋骨架底部 1 m 时，应降低灌注速度。若混凝土上升到钢筋骨架底口 4 m 以上，在提升导管时，其底口必须高于钢筋骨架底部 2 m 以上，才可恢复灌注速度。

（6）灌注的桩顶高程应比设计高程高出 0.5 m～1.0 m，以保证有效桩长混凝土质量强度及桩身完整性。

（7）导管连接时，接头必须清洗干净、涂上黄油，并加上密封圈。对于破损的密封圈，要及时进行调换；对于接头的螺纹，要旋转到位以防漏水。每次混凝土浇注拆管后应及时清洗导管，以免水泥砂浆附着凝固后，在下次浇注时造成堵管。

（8）灌注过程中，若发生意外暂停，应不时地上下缓慢提升导管，以免因导管埋置太深而提升不动或发生混凝土初凝，从而出现堵管或拔不出导管情况。

（9）声测管在灌注过程中，采用内插套管的方法检查是否有漏浆现象，一旦出现不通苗头，即刻疏通，混凝土灌注结束后再进行检查，合格后灌满水，并用木塞封好。

（10）要高度重视对泥浆和污水的处理与排放，防止环境污染，引发不良事件。

（11）高度重视对成桩后孔口的安全防护，防止发生安全伤亡事故。

4 综述评估

综上所述，水下混凝土浇筑工法是一种高效的施工方法。在施工操作中，只要掌握基本原理，严格按照既有工艺规程操作，就能保证所有桩基达到 I 类桩（完好）的质量验收标准，即使出现 II 类桩（桩经微缺陷，不影响使用）的情况也是极个别的。特别是在基础工程施工中，采用水下混凝土浇筑工法，能很好地规避因地下水位高、地质复杂、施工环境恶劣，以及采用传统人工挖孔桩施工而带来的安全伤害风险，使得施工操作变得简易可行，场地适应能力大为增强，并且能达到节省工期的目标。

作为建设管理单位，对诸如此类的重要隐蔽分部工程，要强化督促总承包单位，促使其领导及管理层高度重视，在施工前做好作业人员的鉴别与筛选，强化质量技术交底培训和作业过程管控，施工中要发扬工匠精神，克服“唯进度效率论”的麻痹思想，实行精细化操作，从而有效避免水下混凝土浇筑中常见的质量事故（如夹渣、断桩、塌孔等），实现经济效益与社会效益的高度统一。